JP2000308291A

JP2000308291A - 電動機

Info

Publication number: JP2000308291A
Application number: JP11112827A
Authority: JP
Inventors: Tadao Iwaki; 岩城　　忠雄; Naoki Kawada; 直樹川和田; Atsushi Ota; 敦司太田; Koji Nitori; 幸司似鳥
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【目的】コギング現象及び振動ノイズの発生を抑
制すること【解決手段】電動機(10)は、回転子(16)及び固定子(1
8)の一方に配置された永久磁石(12)と、前記回転子及び
前記固定子の他方に配置された電機子(14)とを含む。コ
ギング現象の発生は永久磁石(12)の着磁を回転軸線に対
し回転方向へ捻ったスキュー着磁とすることにより抑え
られ、回転軸線方向における振動ノイズの発生はスキュ
ーの方向を回転軸線方向における着磁領域の磁気的中間
において反転させることにより抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピンドルモータ
のように永久磁石を用いる電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石を用いるスピンドルモータは、
一般に、それぞれが複数の磁極部を有する永久磁石及び
電機子を備えている。永久磁石の磁極部は、Ｎ極及びＳ
極が回転子の回転方向に交互に存在するように、筒状又
はリング状の永久磁石材料を着磁することにより、形成
される。永久磁石及び電機子は、両者の磁極部が内外方
向となる関係に配置されるか、両者の磁極部が回転軸線
の方向となる関係に配置される。

【０００３】ハードディスク駆動（ＨＤＤ）用スピンド
ルモータのように、大きさ、特に厚さ寸法（回転軸線方
向の寸法）を小さくすることが望まれる電動機において
は、筒状又はリング状の永久磁石を回転子にその一部材
として配置し、電機子を永久磁石の内側にあって固定子
にその一部材として配置している。

【０００４】この種の電動機は、電機子に流す電流の方
向を電気的又は機械的に切り換えて電機子により発生す
る磁場の方向を周期的に切り換えることにより、ローレ
ンツ力を永久磁石又は電機子に離散的に作用させて回転
力を得ている。しかし、この種の電動機においては、回
転子の回転方向における永久磁石の磁極部の縁部（すな
わち、永久磁石の磁極部の境界）が回転軸線と平行に直
線状に伸びているため、永久磁石の磁極部と電機子の磁
極部とにより形成される磁場の空間分布が急激に変化す
る構造となり、その結果回転子が円滑に回転しない、い
わゆるコギングという現象が発生する。

【０００５】このコギング現象の発生を抑制すべく図５
に示すように永久磁石１００の着磁を回転子の回転軸線
に対して回転方向に所定角度θだけ捻ったいわゆるスキ
ュー着磁にしたり、電機子の磁極面を回転子の回転方向
に湾曲させたコア形状とすることにより、回転方向にお
ける磁界分布を滑らかにする工夫がなされている。

【０００６】

【解決しようとする課題】しかし、例えばスキュー着磁
技術においては、永久磁石１００は回転子の回転にとも
なって回転対称の捻れ磁場を周期的に形成して、回転軸
線の方向に周期的な力を生ぜしめ、その結果コギング現
象は減少しても、回転子が回転軸線方向へ振動する、い
わゆる振動ノイズが発生することになる。この振動ノイ
ズは、特に液体を潤滑媒体として用いる流体動圧軸受を
用いたスピンドルモータにおいては、回転子に振動ノイ
ズとなって現れるから、スキュー角度θを１０度以下に
しなければならない。

【０００７】また、電機子の磁極面を湾曲させる技術に
おいては、湾曲面を精密に形成しなければならないし、
異なる湾曲部を有する多数の薄い板状コア部材を所望の
湾曲面に沿って重ね合わさなければならないため、コア
の製作が困難であり、しかも磁場の利用効率が低いた
め、トルクが極めて小さい。

【０００８】それゆえに、スピンドルモータのような電
動機においては、コギング現象及び振動ノイズの発生を
抑制することが重要である。

【０００９】

【解決手段、作用及び効果】本発明の電動機は、回転子
及び固定子の一方に配置された永久磁石と、前記回転子
及び前記固定子の他方に配置された電機子とを含む。前
記永久磁石の着磁はスキューの方向を回転軸線方向にお
ける着磁領域の磁気的中間において反転させたく字状の
スキュー着磁である。

【００１０】永久磁石がスキュー着磁であると、単なる
直線状のスキュー着磁の場合と同様に、永久磁石及び電
機子により形成される磁場の急激な変化が抑えられるか
ら、回転子が円滑に回転し、コギング現象が発生しにく
い。

【００１１】また、スキュー着磁がスキューの方向を途
中で反転させたく字状であると、く字状の領域の、一方
側の部分と他方側の部分とで発生する両振動ノイズ成分
が逆向きになり、したがって両振動ノイズ成分が減殺し
合う。その結果、単なる直線状のスキュー着磁の場合に
比べ、振動ノイズは小さい。

【００１２】それゆえに、永久磁石を回転子の回転軸線
に対して回転方向に捻ったく字状のスキュー着磁とする
ことにより、コギング現象の発生及び振動ノイズの発生
が共に抑制される。

【００１３】前記スキューの方向の反転位置を前記回転
軸線方向における前記着磁領域の磁気的中心としてもよ
い。このようにすれば、く字状の領域の、一方側及び他
方側の部分で発生する両振動ノイズ成分がほぼ同じにな
るから、それらの振動ノイズ成分が相殺し合い、その結
果振動ノイズは殆ど発生しない。

【００１４】前記回転軸線に対するスキューの角度を４
５度以下とすることができる。スキュー角度が大きすぎ
ると、振動ノイズ及びコギング現象に両者が発生する。
スキュー角度が小さすぎると、コギング現象発生の抑制
効果がなくなる。

【００１５】前記永久磁石は磁極面を内周面に有する短
い円筒状の形状を有することができる。また、前記電機
子は前記永久磁石の内側に配置することができる。この
ようにすれば、ＨＤＤ用スピンドルモータのように、電
動機の大きさ、特に厚さ寸法（回転軸線方向の寸法）を
小さくすることができる。

【００１６】さらに、前記回転子及び前記固定子の一方
に配置されたシャフトと、前記回転子及び前記固定子の
他方と前記シャフトとの間に形成された流体動圧軸受領
域とを含むことができる。このようにすれば、コギング
現象及び振動ノイズの発生が抑制されていることと相ま
って、潤滑油を用いた液体動圧軸受を用いることがで
き、低速で安定した回転を得ることができる。

【００１７】さらに、前記回転子及び前記固定子の一方
に配置されたシャフトであってフランジ状のリング部を
有するシャフトと、前記リング部を受け入れるべく前記
回転軸線の側に開放された環状の凹所であって前記回転
子及び前記固定子の他方に形成された凹所とを含み、前
記回転軸線の方向における前記凹所の内面と前記リング
部の面との間はスラスト動圧軸受領域とされており、前
記リング部の外周面と前記凹所の奥底面との間はラジア
ル動圧軸受領域とされていてもよい。このようにすれ
ば、ラジアル流体軸受領域をシャフトの外周と回転子及
び固定子の他方との間に形成した場合に比べ、ラジアル
流体動圧軸受領域の収束度が速くなるから、シャフトを
細くしても及び低速回転においても、充分な動圧が発生
し、したがって液体動圧軸受領域及び気体動圧軸受領域
のいずれであっても、安定な回転を得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１を参照するに、電動機１０
は、短い円筒状又はリング状の永久磁石１２と、この永
久磁石１２の内側に配置された電機子１４とを用いたス
ピンドルモータである。永久磁石１２は固定子１６に配
置されている。電機子１４は、回転子１８に配置されて
おり、また回転軸線２０の周りに回転される。

【００１９】図２に示すように、永久磁石１２は、回転
子１８の回転半径方向に磁化された複数の磁極部２２，
２４を回転軸線２０の周りに有する。回転子１８の回転
方向に隣り合う磁極部２２，２４は、逆方向に磁化され
ている。各磁極部の内面は、永久磁石の極面として作用
する。

【００２０】永久磁石１２の着磁は回転軸線２０に対し
回転方向に所定角度θだけ捻ったいわゆるスキュー着磁
であり、そのスキュー着磁はスキュー（捻り）の方向が
回転軸線２０の方向における磁極部２２，２４（より詳
細には、スキュー着磁領域）の磁気的中間で逆になるく
字状である。図示の例では、スキュー方向の反転位置
は、スキュー着磁領域の磁気的中心２６である。隣り合
う極面の境界もく字状の形状を有する。

【００２１】電機子１４は、珪素鋼板のような薄い金属
板からなる複数のコア部材を積層したコア２８と、コア
２８の各磁極部に巻かれた励磁コイル３０とを有する。
コア２８の各極面は、展開した状態においてほぼ長方形
の形状を有する。

【００２２】固定子１６は、皿状の形をしており、また
取付ベースとして作用する。固定子１６は、中央にボス
部３２をまた外周部にフランジ部３４をそれぞれ有して
おり、フランジ部３４において筐体のような適宜な部材
にねじ止めされる。ボス部３２は、上方に開放する空間
を有する。電機子１４は、ボス部３２の外周に相対的回
転不能に組み付けられている。

【００２３】回転子１８も、皿状の形をしている。回転
子１８は、ボス部３２に受け入れられたシャフト３６を
中央部に有しており、また上向きの段部３８を外周部に
有している。永久磁石１２は、外周部内側に相対的回転
不能に装着されている。

【００２４】シャフト３６には、リング４０が相対的回
転不能に取り付けられている。リング４０は、ほぼ矩形
の断面形状を有しており、またボス部３２とボス部３２
の上部に配置されたリング状の補助部材４２とにより形
成された環状の凹所４４に受け入れられている。補助部
材４２は、ボス部３２に相対的回転不能に組み付けられ
ている。

【００２５】回転軸線２０の方向における凹所４４の両
内面（上下面）とリング４２の対応する両面（上下面）
と間はスラスト動圧軸受領域４６，４８とされており、
凹所４４の奥底面（内周面）とリング４２の外周面との
間はラジアル動圧軸受領域５０とされている。それらの
動圧軸受領域４６，４８，５０には、潤滑油のような液
体が充填されている。

【００２６】回転軸線２０の方向における凹所４４の両
内面又はリング４２の対応する両面には、図３に示すよ
うなスラスト動圧溝５２が形成されている。また、凹所
４４の奥底面又はリング４２の外周面には、図４に示す
ようなラジアル動圧溝５４が形成されている。

【００２７】使用時、複数のハードディスク５６が回転
子１８の上向き段部３８に重ねて配置される。所定周波
数の駆動電流が電機子１４の励磁コイル３０に所定の位
相で供給されると、電機子１４により形成される回転磁
場と永久磁石１２からの磁場との相互作用により、回転
子１８が回転される。

【００２８】回転子１８が回転されているとき、永久磁
石１２の着磁がスキュー着磁であると、スキュー着磁で
ない場合に比べ、永久磁石１２と電機子１４とにより形
成される磁場の変化が小さくなるから、回転子１８が円
滑に回転し、コギング現象の発生が抑制される。

【００２９】また、スキュー着磁がく字状であると、回
転軸線２０の方向における振動ノイズ成分のうち、く字
状の領域の、上側部分と下側部分とにおいて発生する両
振動ノイズ成分が逆向きになるから、両部分の振動ノイ
ズ成分が相殺し合い、その結果、直線状のスキュー着磁
の場合に比べ、振動ノイズが著しく小さい。このため、
直線状のスキュー着磁の場合に比べ、回転軸線２０に対
するスキュー角度θを大きくして、コギング現象の発生
をより小さくすることができ、しかも流体動圧軸受を用
いても回転子１８が円滑に回転する。

【００３０】しかし、スキュー角度θが大きすぎると、
振動ノイズ及びコギング現象に両者が発生する。また、
スキュー角度θが小さすぎると、コギング現象発生の抑
制効果がなくなる。それゆえに、スキュー角度θは、５
度から４５度程度とすることが好ましく、また１０度か
ら３０度程度とすることがより好ましい。

【００３１】永久磁石１２及び電機子１４の磁極部の数
がそれぞれ１２及び９でありかつ液体動圧軸受を用いた
図１に示す構造の電動機１０において、永久磁石１２の
着磁を図１に関して説明したようなく字状スキュー着磁
とし、スキュー角度θを種々変更して、それぞれの場合
についてコギングトルク及び振動ノイズを測定した。

【００３２】その結果、スキュー角度θが１０度の場合
は、通常の直線状スキュー着磁に比べ、振動ノイズが発
止せず、しかもコギングトルクが１／２０以下になっ
た。しかし、スキュー角度θが４５度を超えると、振動
ノイズが現れ始め、しかも回転周波数より高い周波数の
コギングトルクが発生し始めた。また、スキュー角度θ
が３度以下になると、コギングトルクの抑制効果は殆ど
みられなくなった。

【００３３】上記の電動機１０によれば、部品の形状を
変更することなく及び新たな部品を用いることなく、永
久磁石の着磁パターンを変更するだけで、回転軸線方向
に振動ノイズの発生をさせることなく、コギングトルク
を減少させることができる。したがって、安価で振動ノ
イズの少ない電動機、特にスピンドルモータを提供可能
になった。

【００３４】上記実施例においては、スキュー着磁にお
けるく字状領域の上側部分及び下側部分のスキュー角度
が同じであるが、両部分のスキュー角度は異なっていて
もよい。また、スキュー着磁は、そのスキュー方向を回
転軸線方向における磁気的中心以外の位置（中間位置）
において反転させてもよく、しかもく字状とする代わり
にＣ字状すなわち横Ｕ字状としてもよい。

【００３５】上記実施例において、液体動圧軸受を用い
る代わりに、空気のような気体動圧軸受、ボール軸受、
ロール軸受等、他の軸受を用いてもよい。また、永久磁
石を回転子に配置し、電機子を固定子に配置する代わり
に、永久磁石を固定子に配置し、電機子を回転子に配置
してもよい。

【００３６】本発明は、上記実施例に限定されない。例
えば、動圧溝として上記実施例以外の各種の溝を用いて
もよいし、流体動圧軸受領域を上記実施例以外の他の箇
所にも形成してもよい。それゆえに、本発明は、その趣
旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動機の一実施例を示す断面図

【図２】図１に示す電動機で用いる永久磁石の一実施例
を示す斜視図

【図３】スラスト動圧溝の一実施例を示す図

【図４】ラジアル動圧溝の一実施例の一部を示す展開図

【図５】従来の電動機で用いる永久磁石の一例を示す斜
視図

【符号の説明】

１０電動機（スピンドルモータ）１２永久磁石１４電機子１６固定子１８回転子２０回転軸線２２，２４永久磁石の磁極部２６回転軸線方向における永久磁石の磁気的中心３６シャフト４０リング４２補助部材４４凹所４６，４８スラスト動圧軸受領域５０ラジアル動圧軸受領域５２，５４動圧溝５６ハードディスク

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年７月１５日（１９９９．７．１
５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】

【発明の実施の形態】図１を参照するに、電動機１０
は、短い円筒状又はリング状の永久磁石１２と、この永
久磁石１２の内側に配置された電機子１４とを用いたス
ピンドルモータである。永久磁石１２は、回転子１８に
配置されており、また回転軸線２０の周りに回転され
る。電機子１４は、固定子１６に配置されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】回転軸線２０の方向における凹所４４の両
内面（上下面）とリング４０の対応する両面（上下面）
との間はスラスト動圧軸受領域４６，４８とされてお
り、凹所４４の奥底面（内周面）とリング４０の外周面
との間はラジアル動圧軸受領域５０とされている。それ
らの動圧軸受領域４６，４８，５０には、潤滑油のよう
な液体が充填されている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】回転軸線２０の方向における凹所４４の両
内面又はリング４０の対応する両面には、図３に示すよ
うなスラスト動圧溝５２が形成されている。また、凹所
４４の奥底面又はリング４０の外周面には、図４に示す
ようなラジアル動圧溝５４が形成されている。

フロントページの続き (72)発明者太田敦司千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者似鳥幸司千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内Ｆターム(参考） 5H607 AA04 BB01 BB09 BB14 BB17 BB25 CC01 DD02 DD16 GG01 GG02 GG09 GG12 GG15 5H621 AA02 GA01 GA04 HH05 JK08 JK15 JK18 JK19 5H622 AA02 CA01 CA05 CB05 CB06 PP05 PP17 PP19 QB02 QB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転子及び固定子の一方に配置された永
久磁石と、前記回転子及び前記固定子の他方に配置され
た電機子とを含み、前記永久磁石の着磁はスキューの方
向を回転軸線方向における着磁領域の磁気的中間におい
て反転させたく字状又はＣ字状のスキュー着磁である、
電動機。
【請求項２】前記スキューの方向の反転位置は前記回
転軸線方向における前記着磁領域の磁気的中心である、
請求項１に記載の電動機。
【請求項３】前記回転軸線に対するスキューの角度は
４５度以下である、請求項１又は２に記載の電動機。
【請求項４】前記永久磁石は磁極面を内周面に有する
短い円筒状の形状を有し、前記電機子は前記永久磁石の
内側に配置されている、請求項１，２又は３に記載の電
動機。
【請求項５】さらに、前記回転子及び前記固定子の一
方に配置されたシャフトと、前記回転子及び前記固定子
の他方と前記シャフトとの間に形成された流体動圧軸受
領域を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の電
動機。
【請求項６】さらに、前記回転子及び前記固定子の一
方に配置されたシャフトであってフランジ状のリング部
を有するシャフトと、前記リング部を受け入れるべく前
記回転軸線の側に開放された環状の凹所であって前記回
転子及び前記固定子の他方に形成された凹所とを含み、
前記回転軸線の方向における前記凹所の内面と前記リン
グ部の面との間はスラスト動圧軸受領域とされており、
前記リング部の外周面と前記凹所の奥底面との間はラジ
アル動圧軸受領域とされている、請求項１から５のいず
れか１項に記載の電動機。